CN1433528A - 照明型反射显示装置 - Google Patents

Abstract

一种反射显示器的照明系统，尤其适用于使用反射显示器的微显示器。光源(702)与反射图像显示器(706)共面安置，可让光源与显示单元装在单块电路板上或甚至单块基板上。光源通常沿第一轴线(704)发射光，而反射图像显示单元的垂直轴(708)基本上平行于第一轴线。反射偏振膜(712)即偏振分束器设置成把来自第一光源的光导向反射图像光显示单元。反射偏振膜可以弯曲。

Description

照明型反射显示装置

发明领域

本发明涉及反射显示器，尤其涉及反射显示的密致照明系统。

背景

许多光学装置，如电子相机中的微显示器和其它各类显示系统，要求用一束亮度相对均匀的光照明。通常，白炽灯、孤光灯与发光二极管等光源，光输出不均匀，不适合直接使用，所以在照明显示单元前一般在漫射腔里使光均匀。显示单元往往是一种反射显示单元，如液晶反射液晶显示面板、可调谐镜阵列或“电子纸”。通常用偏振敏感镜把光从光源导向显示单元。

光源与显示单元一般相互分开装在显示系统机壳上，经挠曲电路电连接。这种方法导致元件与制造成本昂贵，而且挠曲电路或连接器故障常常是显示系统的主要故障机构。

因此，要求有一种比现有显示系统制造成本更低且更可靠的显示系统。

发明内容

本发明一般涉及反射显示的照明系统，深信本发明尤其有利于应用反射显示的微显示器。在本发明的显示系统中，光源与显示单元共面安装，这样就使光源与显示单元共面安装，并安装在单块电路板甚至单块基板上。因此，由于系统更简单，元件更少，并且省去了不可靠的连接器与挠曲电路，所以可降低组装成本，提高可靠性。

本发明一特定实施例是一种照明型显示装置，包括通常沿第一轴线导光的光源和安装成光轴基本上平行于第一轴线的反射图像显示单元。设置的反射偏振膜把光从第一光源导向该反射图像光显示单元。光源可以包括一将光导向反射偏振膜的反射器。

本发明另一特定实施例是一种照明型显示装置，包括光发生装置和反射显示装置，前者发射沿第一方向的漫射偏振光，后者用图像调制反射光，且反射显示装置的光轴基本上平行于第一轴线。反射偏振装置设置成将漫射偏振光从光发生装置导向反射显示装置。

在本发明再一个实施例中，光学系统包括的显示装置具有通常沿第一轴线导光的第一光源和设置成光轴基本上平行于第一轴线的反射图像显示单元。设置的反射偏振膜将光从第一光源导向反射图像光显示单元。控制器耦合至反射图像显示单元，可控制反射图像显示单元形成的图像。观看光学元件把反射显示单元形成的图像传送给用户。

上述发明内容并不描述本发明的每一示例实施例或每种实施方法，下面的附图和详述将更具体地说明这些实施例。

附图简介

通过以下结合附图对本发明各种实施例所作的详述，可以更全面地理解本发明，其中：

图1示意表示一反射显示系统；

图2是带电子取景器的相机的示意图；

图3示意表示接至控制器与计算机的微显示器；

图4示意示出光学折叠型反射显示系统；

图5示意示出本发明一实施例的反射显示系统；

图6A-6D示意示出本发明诸实施例的光源；

图7A与7B示意示出带本发明不同实施例的反射器的反射显示器；

图8A-8C示意示出本发明不同实施例的偏振分束器；

图9A-9G示意示出本发明不同实施例的反射显示器；

图10示意示出真空形成双重曲面偏振分束器的方法；

图11A示意示出本发明在实例1中使用的一实施例；

图11B与11C分别示出图11A中实施例的示意侧视图与顶视图；

图12示意示出本明用于实例2的实施例；

图13示意示出本明用于实例3的实施例；

图14A示意示出本明用于实例4的实施例；

图14B示出图14A中实施例的示意侧视图；

图15A示意示出用于实例5的本发明实施例；和

图15B示出图15A中实施例的示意侧视图。

本发明可作各种修改并具有其它形式，附图以举例方式显示其特征，下面将作详述。但应理解，本发明并不限于描述的诸特定实施例。相反地，本发明包括所有落在所附权项规定的本发明精神与范围内的所有修改，等效技术方案与替代方案。

详细描述

本发明适用于反射显示器，而且对应用反射显示装置的微显示器尤其有用。在本发明的诸优点中，主要是降低了显示系统的制造成本，且可靠性高。

反射显示器已应用于几类信息显示系统。图1示出反射显示器100的基本元件。光源102向反射图像显示单元106发射偏振光104。反射图像显示单元106可以是液晶显示(LCD)单元，如硅上LCD(LCOS)显示器。反射图像显示单元106反射的光108导向偏振器110，于是透射过偏振器110的光112透射过观看光学元件114，后者可以包括将图像发射给观众的一块或多块透镜。在该结构中，LCD单元通过把某些入射光的偏振旋转90°而调制入射光。偏振已旋转的反射光108由偏振器110发射到观看光学元件114。偏振器110不发射偏振保持不旋转的反射光，一般将其吸收或反射掉。因此，偏振器110把图像光与非图像光分离开来。观看光学元件114可以是例如一块目镜。

反射图像显示单元106也可以是一种不同种类的单元，例如各自可移动的超小镜阵列，诸如Texas仪表公司制造的Digital Micromirror DeviceTM，或者基于应用所谓的“电子纸”，如E-Tek公司制造的电泳显示器，或是Xerox公司制造的基于gyricon的显示器。本发明对于基于偏振旋转调制入射光的反射图像显示单元如LCD尤其有利，但也可用于其它类型的反射图像显示单元。

可以使用反射显示器的实例包括如电子相机取景器中的微显示器。电子相机包括电视摄像机与数码相机，以及任何其它把光图像转换到电子形式的装置，例如图2的电视摄像机200可记录目标202的图像。用户将其眼睛凑近观看孔208，就可通过取景器206看到目标202的图像204。

微显示器还可应用于其它地方，例如平视安装的显示器，如DVD观看器、虚拟现实护目镜、可佩带的计算机显示器和因特网电器用具。图3示出微显示器的一般用法，微显示器302一般包括耦合至控制器304的光源、反射图像显示单元与观看光学元件。控制器304可以是例如DVD播放机，它被连接成将图像从DVD播放机导向微显示器302。控制器304也可耦合至计算机系统306(或部分)，例如在平视(heads-up)显示器、虚拟真实护目镜中显示来自计算机系统的信息，或作为可佩带计算机的显示器。微显示器302还可应用于膝上或其它类型计算机的可佩带显示器。

显然，反射显示器不限于用于微显示器，还可应用于更大的显示器，如投影显示器与平视显示器。

图4示出可用于微显示器的反射显示器的一种特定结构。反射显示器400包括产生光的三色发光二极管(LED)402。LED 402发出的光导向漫射器404，后者混合光的色彩并使其均匀，再入射到反射图像显示单元406。前置偏振器408偏振通过漫射器的光，仅使一个偏振光入射到反射图像显示单元406。

漫射器404前面可以装一增亮器410，用以增大到达反射图像显示单元406的光的亮度。例如，增亮器410可以是一块膜，其输入面上有一种棱镜结构以便把离轴光从LED 402导向轴线412，诸如明尼苏达州的3M公司制造的BEF增亮膜。BEF增亮膜反射的光可通过包含LED 402的漫反射腔413再循环。

增亮器410也可以是一种反射偏振膜，其透射偏振态基本上与前置偏振器408的透射偏振态对准。若把反射偏振膜用作增亮器410，则把LED 402封装在漫反射腔413中较为有利，使增亮器410反射的光偏振在漫反射腔内再循环时随机化。偏振随机化导致LED 402产生的大部分光被反射增亮器410反射，从而提高反射显示器400的光学效率。能用作增亮器410的一例反射偏振膜是明尼苏达州的3M公司制造的DBEF多层光膜。

前置偏振器408发射的光以偏振分束器412的阻断偏振态偏振，即偏振态与偏振分束器412的透射偏振态正交，因而光被偏振分束器412向反射图像显示单元406反射。反射图像显示单元406通过偏振旋转空间调制入射光414。对偏振分束器412而言，反射光416包含阻断与通过两种偏振的光。只有偏振分束器412通过偏振的光，即图像光418才透射到目镜420。为了增强用户观看的图像的对比度，可在偏振分束器412与目镜420之间设置一调整偏振器422。应用偏振分束器412反射来自LED 402的照明光并分离图像光418，可使反射显示器400更加密致。

反射图像显示单元406、偏振分束器412和调整偏振器422一般都装在机壳424内。

然而，该反射显示器400的结构存在一些缺点。例如，包括LED 402、漫射器404和前置偏振器408的光源，一般装在光源板426上，而反射图像显示单元406装在显示器板428上，这两块板分别附接于机壳424。通常这两块板426和428用连接器与挠曲电路电气耦合，对显示系统而言，就明显增大了制造与组装费用。再者，系统复杂性增大了，挠曲电路降低了制造成品率和长期可靠性。

本发明针对一种把光源和反射图像显示单元以共面方式安装的反射显示器。换言之，安装光源，使得一般沿平行于反射图像显示装置光轴的第一轴线引导光源的光线。该方法的一个优点是可将光源和反射图像显示单元装在一块共用板上，从而降低组装成本。这样可运用相对廉价的标准印制电路制造技术把光源和反射图像显示单元焊接到印制电路板上。光源和反射图像显示单元甚至可以形成在同一基板上，如蒸发或溅射合适的材料或用其它制造方法形成有机或无机LED，进一步降低组装成本。另外还消除了挠曲电路，不仅可降低制造成本，还消除了低可靠性元件。

本发明一实施例示意图示于图5。反射显示器500包括光源502，一般产生平行于第一轴线504的光。显然，LED、钨灯等光源生成大锥角的光。然而，也称为主光线的最大强度方向基本上平行于第一轴线504。

反射图像显示单元506设置成使其光轴508基本上平行于第一轴线，换言之，被装成与光源502共面。光源502发出的光510在入射到反射图像显示单元506之前，先反射离开至少一个反射面，而有的光反射离开两个反射面。反射面可由偏振分束器512提供，或由偏振分束器512和另一反射器514共同提供，下面再更全面地说明。反射器514可以被认为是光源的一部分。为了增大观众看到的图像的对比度，可设置一调整偏振器516，以加强光透射过偏振分束器512的偏振。调整偏振器516通过反射或吸收作用，可消除由偏振分束器512 正反射并通过该偏振分束器512漏出的偏振杂散光。

图6A-6D示出光源的不同实施例。图6A示出的第一实施例的光源600，包括耦合至漫射腔604的发光器602，它可以是一个三色LED阵列。漫射腔604可以空心，或填充一种漫射材料，而且包括漫反射侧壁。腔604输出的光通过透镜606再到达漫射器608。漫射腔604和漫射体608一起对光作混合和均匀，从而确保漫射器发出的光在色彩与亮度上均匀。然后，通过漫射器608的光再通过前置偏振器610。

图6B第二实施例的光源620包括耦合至漫射腔624的发光器622，如三色LED阵列。漫射腔624可以空心，或填充某种漫射材料，还包括漫反射侧壁。

为截断从腔624向外发射的光，可设置一增亮器626，如上述的棱镜膜或反射偏振膜。若增亮器626是棱镜膜，落在特定角度外的光就反馈回漫射腔624，而落在期望的角度内的光可透射。若增亮器626是反射偏振器，则阻断偏振态的光被反射到漫射腔624，而通过偏振态的光可透射。返回漫射腔的光再循环，其方向和/或偏振作随机化，使它通过增亮器626之后透射通过该增亮器。

可以设置一块透镜628，诸如曲面透镜或菲涅耳透镜，重新引导增亮器626发射的光，使之落在较窄的锥角内。

腔624发射出的光照射漫射器630。漫射器630与漫射腔624一起使光源620发出的光具有均匀的亮度和色彩。

图6C第三实施例的光源640应用了可以是三色LED阵列的发光器642、漫射器646和前置偏振器648。来自发光器602的光经光导管644耦合至漫射器。例如，光导管644可以是一种固态透明的塑料管，通过在其侧壁的全内反射或通过反射离开涂有合适反射材料的侧壁俘获光，并将光反射到输出窗645。为使光均化，窗645可以用漫射器覆盖或粗糙化，光导管644的壁可以粗糙化，或者光导管644内的材料本身可以漫射。

图6D第四实施例的光源660应用了配有侧面提取功能的光导管，将光从发光器导向反射分束器512。来自发光器662如三色LED单元的光进入光导管664。左侧面670上的小平面或其它光散射件668通过光导管664的输出面666提取光。输出面666输出光672的方向与发散度由提取件668调节，如提取件668可以指向特定角度或局部准直。从光导管664出射的光672由输出面666的小透镜阵列674进一步调节，如准直或局部准直。

光通过光导管664传播，可对发光器662发出的光混合与均化。光导管输出的光672由漫射器676进一步均化。此外，漫射光粒子可埋置在部分或全部光导管664内，对光进一步混合均化。

光672由前置偏振器678偏振。前置偏振器678可以是线性偏振器，如分色吸收器或反射偏振器，或者是圆偏振器，如胆留醇偏振器或组合有四分之一波延迟膜的分色吸收器。

小透镜阵列674、漫射器676和前置偏振器678可以位于从光导管664有最大提取作用的区域中，以便于在光导管内混合和均化，或将出射光672置于合适高度，以照射偏振分束器512。

该实施例660的优点之一，在于它在平行于反射图像显示单元506输入面方向上的密致度。

除了图6A-6D中四个实施例的变化外，显然还可使用许多不同类的光源。例如，可使用不同类的发光器，如白炽灯泡、卤素灯、孤光灯或任何其它合适的发光器。为了把发射光重新导向光源的输出端，发光器还可包括一成形反射器，如抛物面反射器。

前置偏振器可以是线性偏振器，如美国专利号5,612,820描述的聚合物多层反射偏振膜，或者是线栅偏振器，如WO94/11766描述的“反射偏振器”。前置偏振器还可以是圆偏振器，如美国专利号5,506,704描述的胆留醇偏振器。胆留醇偏振器尤其适用于以圆偏振光调制为基础的反射图像显示单元。

同样地，偏振增亮器可由多层反射偏振膜、线栅偏振器或胆留醇偏振器构成。

为增大亮度并覆盖更大面积的显示，可在使用该技术的单个光源中组合任意数量的发光器。再者，反射显示器可以使用一个以上光源。

若来自光源502的光反射离开两个反射面而到达反射图像显示单元，则反射器514可用于第一反射，偏振分束器512用于第二反射。反射器514可以是光源502的组成部分。

反射器514可用镀金属基板(塑料或金属)、抛光金属、压制金属板、热成形金属涂膜、热成形多层光膜或其它合适的反射材料做成。再者，反射器514可以扁平，如图5所示，或沿一个或两个方向上弯曲，以增大照明均匀性与效率。例如，图7A为沿一个方向弯曲的反射器714。该图示出共面安装的光源702和反射图像显示装置706，还示出了光源702和反射图像显示装置706的光轴704与708。光轴704与708平行于Z方向，反射图像显示装置706从光源702沿X方向横移。曲面反射器714的曲率半径r位于X-Z平面。

光源702发出的光从曲面反射器714反射，减小了在X-Z平面内的发散度。把光导向偏振分束器712，并透射到反射图像显示装置706。

图7B示出向两个方向弯曲的反射器734，此时其第一曲率半径位于X-Z平面，第二曲率半径位Y-Z平面，其中Y方向由图平面向外指，与X和Z方向正交。光源702发出的光从反射器734反射后，在X-Z与Y-Z两平面内都减少了发散。

显然，反射器也可单向弯曲，曲率半径位于Y-Z平面。

偏振分束器512一般反射一种偏振的光而透射正交偏振的光。偏振可以是线性的或圆形的。可用作偏振分束器的一特定线性偏振器实例，就是聚合物多层偏振膜，如明尼苏达州的3M公司制造的DBEF。该膜用作偏振分束器是有用的，因为它在宽的谱与角度范围内保持了高度消光。再者，该类膜容易沿一或二个方向变形而形成曲面镜，可更有效地汇集来自光源的光，并降低照明系统的整个分布曲线。同样适合用作偏振分束器512的另一类线性偏振器是线栅偏振器。

偏振分束器512也可以是圆形偏振器和胆留醇偏振器。可以理解为在线性与圆形偏振之间作光转换，使用胆留醇偏振器时必须引入1/4波延迟器。例如，若反射图像显示单元506工作于线性偏振光，而且来自光源的光也是线性偏振的，则胆留醇偏振器可在其正面设置一1/4波延迟层，使得在光入射到胆留醇偏振器表面上之前圆化其偏振。另外，反射光在传播到反射图像显示单元506前，1/4波延迟器要对其偏振线性化。若来自光源的光为圆形偏振，则反射图像显示单元506可在其输入端设置一1/4波延迟器，使从胆留醇偏振器反射的光的偏振线性化。

如图8A-8C所示，偏振分束器512可以扁平或沿一或二个方向弯曲，图示的不同类偏振分束器靠近反射图像显示单元806。各偏振分束器可以配置一调整偏振器816。图8A的偏振分束器812为扁平，调整偏振器可直接置于偏振分束器812后面。图8B的偏振分束器822沿一个方向弯曲，换言之，偏振分束器822的曲率半径位于X-Z平面，方式类似于以上对图7A中反射器描述的情况。

使用扁平或一维弯曲的偏振分束器，优点包括能把调整偏振器816直接层叠到偏振分束822的后面。而且，可用简单机械装置对偏振分束器成形。例如，偏振分束器822可用板材构成，板材的相对两端被紧紧夹住，夹端间距小于膜全长，使膜压弯成弯曲形。在另一例中，偏振分束器822用一板材构成，板材联成弯曲槽，与期望的曲率相符。这两种优点都降低了制造成本。

图8C示出向两个方向弯曲的偏振分束832，其第一曲率半径位于X-Z平面，第二曲率半径位于Y-Z平面。扁平的调整偏振器816可位于偏振分束器832上方。

双重弯曲的偏振分束器832可用真空成形法成形。另外，偏振分束器与调整偏振器的叠层可以真空成形，因而调整偏振器无需分开装在显示器内。

图10示出一种真空成形双重弯曲偏振分束器832的特定方法。多层反射偏振光膜1002在板1006的孔1004上方拉伸，利用真空通过孔1004拉伸膜1002，用加热枪加热以软化膜1002并加深凹陷，形成一凹面。冷却后，膜1002保持凹形。用该技术形成双重弯曲的偏振分束器，偏振消光作用可向外保持到凹形边缘。通过椭圆孔1004作真空成形，还可构成边缘为椭圆的弯曲型偏振分束器832。将膜1002的光轴对准孔1004的主轴，可控制弯曲型偏振分束器的透射轴。

在较宽的角度内，单一弯曲的偏振分束器822一般比双重弯曲的偏振分束器832 PBS呈现出更高的偏振消光作用，因为双重曲面的入射角范围更高，因而使用带双重弯曲型偏振分束器832的调整偏振器816变得更加重要了。双重弯曲型分束器组件的构成方法是，先把调整偏振器816层叠到偏振分束器832而形成层叠件，然后用图10的真空成形技术对该层叠件作真空成形。

显然，偏振分束器可以单一弯曲，曲率半径位于Y-Z平面内。

在图9A-9G所示的显示装置中呈现出不同实施例的偏振分束器。各显示装置都包括光源902和反射图像显示装置906。在若干图示实施例中，反射器514和偏振分束器512用单一整体部分的反射偏振器材料构成，降低了制造成本。

在图9A中，反射器914与偏振分束器912由单一整体部分的反射偏振器材料918构成。整体部分反射偏振器材料918单一弯曲，而反射器914与偏振分束器912有不同的曲率。调整偏振器916可以层叠到整体部分反射偏振器材料918的背面，或设置在可调整透射过偏振分束器912的光偏振的其它地方。

在图9B中，偏振分束器922延伸过光源902与反射图像显示单元906两者，收集直接来自光源902的光并把它导向反射图像显示单元906。如图所示，偏振分束器922可以双重弯曲或单一弯曲，扁平的调整偏振器926可以位于偏振分束器922上方，或形成在偏振分束器背面。

在图9C中，反射器934与偏振分束器932都用单一整体部分反射偏振器材料938构成，如图所示，反射器934可以双重弯曲、单一弯曲或扁平。

如图所示，偏振分束器932可以扁平、单一弯曲或双重弯曲。调整偏振器936设置成可以调整从反射图像显示单元906通过偏振分束器932透射的光偏振。调整偏振器936可以与偏振分束器932层叠或附接。

图9D和9E示出图9C中实施例的不同变型。在图9D中，反射器934双重弯曲，偏振分束器932单一弯曲。图9E中，二者均双重弯曲。显然，扁平、单一弯曲和双重弯曲的反射器934可通过不同的方式与扁平、单一弯曲和双重弯曲的偏振分束器932相结合。另外，调整偏振器936可以在反射器934和偏振分束器936二者上延伸，如图9E所示。

在图9F实施例中，光源为分布型。发光器将光导向反射器944。包括漫射器与前置偏振器的漫射/偏振器943置于反射器944与偏振分束器946之间，使光被反射器944反射后再被漫射/偏振器943漫射并偏振。该例的优点在于，来自多个发光器的光束在漫射与偏振前有更大的重叠，从而增大了照明均匀性。

本发明不限于单一光源。为增大亮度或改进反射图像显示单元906的照明均匀度，可在相对于反射图像显示单元906的共面位置上放多个光源。图9G示出应用多光源的一特定实施例。该例中，偏振分束器952在两个光源902和反射图像显示单元906上延伸。来自光源902的光反射到反射图像显示单元906，后者对光调制并把它反射回反射偏振器952。调制的光通过偏振分束器952发射给观众。可以设置一调整偏振器956，以调整透射过偏振分束器的光。

为了有效地照射反射图像显示单元，已经开拓了不同的反射器与分束器设计。在设计反射器/分束器组合方面，感兴趣的主要特性包括在显示单元接受的锥形内将来自光源的光引导到反射图像显示单元表面上的效率，和横跨反射图像显示单元的照明均匀度。另一个研究参数是显示单元上方反射器/分束器组合的最大高度。在设计用于有限空间的显示单元时，如在摄录机或其它类相机中，该参数很重要。在下述实例中，对特定结构的反射器与分束器计算了显示单元的照明。

实例1

在图11A-11C的第一例中，假定光源1102包括一后面接有漫射器的发光二极管。光源1102以与LCD显示单元1104的中心离约5个单位的点为中心。由于显示照明系统与大小成线性关系，所以用任意“单位”而不是任何特定线性量值表示尺寸。假定光源1102有一尺寸为1单位×1.6单位的朗伯均匀发光面。该短尺寸对准平行于光源1102与LCD显示单元1104间的分离方向。假定LCD显示单元1104为2.88×3.84单位，定向成其长尺度平行于LCD显示单元1104与LED 1102之间的分离方向。假定LED 1102的发光面比LCD显示单元1104的液晶层表面高0.98单位。

假定偏振分束器1112形成为平板，位于LCD显示单元1104上方，相对显示单元1104的上表面1104a成40°角。

假定反射器1114具有上反射面1314a和侧反射面1314b(图11A与11B只示出一个侧反射面)构成的“锥盒”形状。上表面1314a的形状用AUTOCAD仿样函数形成，该函数在(X，Z)平面内连接下列诸点：(5.5804，-0.2035)，(5.9644，0.9476)，(5.6674，1.6398)，(5.1616，2.2553)，(4.1499，3.2774)与(3.0478，4.5078)。第一点的正切设定为点(5.1499，3.2774)，最后一点的正切设定为点(3.5694，3.9642)。“锥盒”形成的截面形状为矩形，并以光源1102到输出端的全长保持该矩形截面的纵横比。

扁平分束器1112与“锥盒”反射器1114相结合产生了以下结果。照射LCD显示单元1104的效率为4.6％。该效率定义为在接受的锥角内进入LCD显示单元1104的光与光源1102发出的总光量之比。照明均匀度由LCD显示单元1104上最大照明强度的亮度与LCD显示单元1104上最小照明强度的亮度之比衡量。在该特定场合中，最大/最小之比为3.34。最后，高度H，即LCD显示单元1104上方使反射器与分束器的特定组合最有效地工作所需的最大分束器高度，为5.57单位。

实例2

在图12的第二例中，假定光源1102和LCD显示单元1104具有与实例1相同的尺寸和相对间距，唯一差别在于反射器与分束器的形状。假定分束器1212为单一弯曲形，形成一曲率半径为11.903单位的41°孤。假定反射器1214扁平，与光源1102的发光面定向成47°。

对这一特定组合，照度效率为3.4％，最大/最小比值为2.8，高H为4.53单位。总照明效率比实例1低，因为扁平反射器在收集来自光源1102的光并把它供给分束器以反射给LCD显示单元1104方面并不良好。另一方面，使用弯曲分束器提高了照明均匀度，而且减小了总高度H。

实例3

在图13的第三例中，假定光源1102和LCD显示单元1104具有于实例1相同的尺寸和相对间距，唯一差别是反射器与分束器的形状，假定分束器1312的形状与实例2相同。假定反射器为单一弯曲反射面，弯曲型面与实例1描述的上反射器1114a的弯曲型面相配。

对这一特定组合，照明效率为4.6，最大/最小比值为1.93，高H为4.53单位。人肉眼一般能看出超过约2的最大/最小比值，因而该设计接近可接受的均匀度区域，肉眼看不出非均匀性。

实例4

在图14A与14B的第四例中，假定光源1102和LCD显示单元1104具有与实例1相同的尺寸与相对间隔。另外，假定反射器1414的“锥盒”形状与实例1的反射器1114相同。与实例1的唯一差别是分束器1412的形状，假定其形状与实例2同为弓形。

对这一特定组合，照明效率为8.2％，最大/最小比值为1.25，高H为4.53单位。

实例5

在图15A与15B的第五例中，假定光源1102和LCD显示单元1104具有与实例1相同的尺寸与相对间隔。并假定分束器1512与实例4相同，反射器1514的“锥盒”形状与实例4同。然而，上表面1514a不是以直角与侧面1514b吻合，而是把上表面1514a与侧面1514b的转角1514c弯曲。对这一特定组合，照明效率为6.7％，最大/最小比值为1.52，高H为4.53单位。这五个实例的结果归纳于表1。

表1  不同反射器/分束器组合的照明特性归纳

	反射器	分束器	最大/最小	效率	H(任意单位)
						例1	锥盒直角	扁平	3.34	4.6％	5.57
例2	扁平	单一弯曲弓形	2.80	3.4％	4.53
						例3	单一弯曲样条	单一弯曲弓形	1.93	4.6％	4.53
例4	锥盒直角	单一弯曲弓形	1.25	8.2％	4.53
						例5	锥盒圆角	单一弯曲弓形	1.52	6.7％	4.53

以上虽然提供了各种实例，但是本发明并不限于特定的示例。如上所述，本发明尤其适用于要求输出均匀或基本均匀的光的照明源，因此本发明并不限于上述诸特定实例，而是包括所附权利要求正式提出的本发明的所有方面。参阅了本说明书的本领域技术人员显然明白，本发明可适用的各种修改、等效处理和各种结构。权利要求书旨在包罗这类修改与装置。

Claims (35)

1.一种照明型显示装置，其特征在于包括：

一般沿第一轴线引导的第一光源；

以基本上平行于第一轴线的光轴设置的反射图像显示单元；和

设置成把光从第一光源导向反射图像光显示单元的反射偏振膜。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于反射偏振膜沿至少一个维度弯曲。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于反射图像显示单元的光轴沿一位移方向从第一轴线横移，反射偏振膜弯曲，其曲率半径位于的平面与第一轴线和位移方向形成的平面平行。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于反射图像显示单元的光轴沿一位移方向从第一轴线横移，反射偏振膜弯曲，其曲率半径位于的平面与第一轴线和正交于第一轴线与位移方向二者的轴线形成的平面平行。

5.如权利要求2所述的装置，其特征在于反射图像显示单元的光轴沿一位移方向从第一轴线横移，反射偏振膜弯曲，其第一曲率半径位于的平面与第一轴线和位移方向形成的平面平行，第二曲率半径位于的平面与第一轴线和正交于第一轴线与位移方向二者的轴线形成的平面平行。

6.如权利要求2所述的装置，其特征在于第一部分反射偏振膜沿第一轴线从第一光源位移，第二部分反射偏振膜沿光轴从第一光源位移。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于第一部分反射偏振膜弯曲。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于第二部分反射偏振膜弯曲。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于第一和第二部分反射偏振膜都弯曲。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于显示系统还包括供用户观看反射图像显示单元形成的图像的观看端口，而反射偏振膜位于反射图像显示单元与观看端口之间。

11.如权利要求1所述的装置，其特征在于还包括一调整偏振器，用于偏振从反射图像显示单元透射过反射偏振器的光。

12.如权利要求1所述的装置，其特征在于还包括一反射器，用于把光从第一光源导向反射偏振膜层。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于至少反射器与反射偏振膜之一沿至少一个维度弯曲，形成弯曲反射器。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于反射图像显示单元的光轴沿一位移方向从第一轴线横移，反射偏振膜弯曲，其曲率半径位于的平面与第一轴线和位移方向形成的平面平行。

15.如权利要求13所述的装置，其特征在于反射图像显示单元的光轴沿一位移方向从第一轴线横移，反射偏振膜弯曲，曲率半径位于的平面与第一轴线同正交于第一轴线与位移方向二者的轴线形成的平面平行。

16.如权利要求13所述的装置，其特征在于反射图像显示单元的光轴沿一位移方向从第一轴线横移，反射偏振膜弯曲，其一个曲率半径位于的平面与第一轴线和位移方向形成的平面平行，另一曲率半径位于的平面与第一轴线和正交于第一轴线与位移方向二者的轴线形成的平面平行。

17.如权利要求1所述的装置，其特征在于第一光源包括发光的发光器、发射发光器发出的光的漫射器和偏振漫射器漫射的光的前置偏振器，由漫射器偏振的光导向反射图像显示单元。

18.如权利要求17所述的装置，其特征在于第一光源还包括一反射器，把光从发光器导向反射偏振膜。

19.如权利要求17所述的装置，其特征在于发光器发射的光通过至少两个反射面导向反射图像显示单元，反射偏振膜形成最后反射面，后者沿发光器到反射图像显示单元之间的光路最接近反射图像显示单元。

20.如权利要求19所述的装置，其特征在于前置偏振器沿最后反射面与前一反射面之间的光路设置。

21.如权利要求20所述的装置，其特征在于漫射器沿前置偏振器与前一反射面之间的光路设置。

22.如权利要求19所述的装置，其特征在于还包括一位于发光器与前置偏振器之间的光导管，光导管的输出端把光导管输出的光发射给前置偏振器。

23.如权利要求22所述的装置，其特征在于漫射器包括光导管。

24.如权利要求19所述的装置，其特征在于还包括一耦合成接收来自发光器的光的光导管，该光导管具有背面与输出面，背面配有通过输出面将光导管内传播的光导向前置偏振器的光提取件。

25.如权利要求24所述的装置，其特征在于漫射器包括光导管。

26.如权利要求17所述的装置，其特征在于发光器包括一组发光二级管，发射至少三个不同波长的光。

27.如权利要求1所述的装置，其特征在于还包括第二光源，使光反射离开反射偏振膜而导向反射图像显示单元。

28.一种照明型显示装置，其特征在于包括：

沿第一方向发射漫射偏振光的发光装置；

用图像调制反射光的反射显示装置，该反射显示装置的光轴基本上平行于第一轴线；和

把来自发光装置的漫射偏振光导向反射显示装置的反射偏振装置。

29.一种光学系统，其特征在于包括：

显示装置，包括：

通常沿第一轴线引导光的第一光源；

光轴基本上平行于第一轴线的反射图像显示单元；和

把来自第一光源的光导向反射图像显示单元的反射偏振膜；

耦合至反射图像显示单元以控制该反射图像显示单元形成的图像的控制器；和

把反射显示单元形成的图像输送给用户的观看光学元件。

30.如权利要求29所述的系统，其特征在于反射偏振膜位于反射图像显示单元之间，把反射图像显示单元上的入射光与反射图像显示单元反射的光分开。

31.如权利要求29所述的装置，其特征在于还包括一调整偏振器，用于偏振来自反射图像显示单元透射过反射偏振器的光。

32.如权利要求29所述的系统，其特征在于还包括一耦至控制器的相机单元，其中控制器控制反射图像显示单元显示对应于相机接收到的目标图像的图像。

33.如权利要求32所述的系统，其特征在于相机单元是电视摄像机。

34.如权利要求32所述的系统，其特征在于相机单元是数码相机。

35.如权利要求29所述的系统，其特征在于还包括一耦至控制器、显示计算机产生的信息的计算机。

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